(57)【要約】【課題】この発明は、水分の氷結や、潤滑油の浸入等に関わらず、筒内噴射弁を開作動させることができるとともに、エンジン始動時における作動室内の着火性を向上させることができるロータリエンジンの燃料噴射装置を提供することを目的とする。【解決手段】気体水素噴射弁Ｉ１は、吸気行程と圧縮行程とを実行するそれぞれの作動室Ｅ１ｎ、Ｅ２ｎに燃料噴射可能に配置され、エンジン始動時には、気体水素噴射弁Ｉ１が吸気行程の作動室Ｅ１ｎ内に掛かる前の、圧縮行程の作動室Ｅ２ｎに臨んでいる状態から燃料噴射を開始するとともに、吸気行程の作動室Ｅ１ｎ内に亘って燃料噴射を継続するようにした。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を備えたロータリエンジンの燃料噴射装置であって、
前記筒内噴射弁は、吸気行程と圧縮行程とを実行するそれぞれの作動室に燃料噴射可能に配置され、
エンジン始動時には、前記筒内噴射弁が吸気行程の作動室内に掛かる前の圧縮行程の作動室に臨んでいる状態から燃料噴射を開始するとともに、前記吸気行程の作動室に亘って燃料噴射を継続する噴射弁駆動手段を備えた
ロータリエンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】
前記筒内噴射弁の温度に関連する温度を検出する温度検出手段を備え、
前記噴射弁駆動手段を、前記温度が所定温度未満である時に作動させる
請求項１記載のロータリエンジンの燃料噴射装置。
【請求項３】
前記噴射弁駆動手段は、吸気行程で噴射される燃料の噴射量と、圧縮行程で噴射される燃料の噴射量との総和が所定の要求噴射量と一致するように燃料噴射量を設定する
請求項１記載のロータリエンジンの燃料噴射装置。
【請求項４】
前記噴射弁駆動手段は、圧縮行程の作動室から吸気行程の作動室まで燃料噴射を継続する時の噴射量を前記所定の要求噴射量に設定するとともに、
前記圧縮行程で噴射される燃料の噴射量の比率を、前記吸気行程で噴射される燃料の噴射量の比率よりも少なくなるように設定する
請求項３記載のロータリエンジンの燃料噴射装置。
【請求項５】
前記筒内噴射弁は、気体燃料噴射用の噴射弁である
請求項１記載のロータリエンジンの燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、作動室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を備えたロータリエンジンの燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、作動室内に直接燃料を噴射する直噴式の筒内噴射弁を備えたエンジンが知られており、例えば圧縮天然ガス、液化石油ガス、圧縮水素等の気体燃料を利用するエンジンが挙げられる。かかる気体燃料を使用するエンジンにおいては、燃焼に伴い生じる水分又は元々気体に含まれる水分が外気温の低下に伴い氷結し、それが気体燃料を噴射する噴射弁に付着して、その開作動を妨げるという問題が発生し得る。
【０００３】
また、気体燃料として圧縮水素を用いる水素エンジンでは、上述したような要因の他、水分が水素噴射孔付近に付着した状態のままエンジンの始動が行われると、水素噴射に伴う水素の断熱膨張による急冷によって前記噴射孔付近に付着した水分が氷結する可能性がある。
【０００４】
かかる問題に対処して、例えば特許文献１には、低温始動時に、噴射弁に対する駆動電流の供給時間を長く設定し、それに伴う発熱作用により氷結を溶解させる方法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２６４３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した氷結の他、潤滑油が筒内噴射弁に浸入し、該筒内噴射弁の作動を妨げるという問題がある。特に、ロータリエンジンにおいては、ロータを円滑に回転させるために、ロータハウジングの内周面に潤滑油が供給される場合、大きな問題となる。
【０００７】
このように、前記潤滑油が筒内噴射弁内に浸入すると、潤滑油固有の粘性により、上述した水分の氷結の場合と同様、噴射弁の作動を妨げるという問題が発生し得る。
【０００８】
ところで、ロータリエンジンにおいては、その作動室がハウジングとロータとにより規定された細長形状の空間となっている。これにより、エンジン始動時に前記筒内噴射弁から燃料が噴射されたとしても、前記作動室端部まで燃料を十分に分散させることができず、作動室全体を十分に燃焼させることができない場合があった。従って、ロータリエンジンは、その始動時において着火性に問題を有していた。
【０００９】
この発明は、水分の氷結や、潤滑油の浸入等に関わらず、筒内噴射弁を開作動させることができるとともに、エンジン始動時における作動室内の着火性を向上させることができるロータリエンジンの燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のロータリエンジンの燃料噴射装置は、作動室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を備えたロータリエンジンの燃料噴射装置であって、前記筒内噴射弁は、吸気行程と圧縮行程とを実行するそれぞれの作動室に燃料噴射可能に配置され、エンジン始動時には、前記筒内噴射弁が吸気行程の作動室内に掛かる前の圧縮行程の作動室に臨んでいる状態から燃料噴射を開始するとともに、前記吸気行程の作動室に亘って燃料噴射を継続する噴射弁駆動手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、圧縮行程の作動室に臨んでいる状態から燃料噴射を開始することで、前記圧縮行程における高い筒内圧を利用して、前記筒内噴射弁の開作動を補助することができるため、水分の氷結や、潤滑油の浸入等に関わらず、筒内噴射弁を開作動させることができる。
【００１２】
また、前記吸気行程の作動室に亘って燃料噴射を継続することにより、作動室のリーディング側とトレーリング側とに燃料を分散させることができるため、作動室内において燃料の分布が偏ることを防止でき、エンジン始動時の着火性を向上させることができる。
【００１３】
この発明の一実施態様においては、前記筒内噴射弁の温度に関連する温度を検出する温度検出手段を備え、前記噴射弁駆動手段を、前記温度が所定温度未満である時に作動させることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、冷間時の水分の氷結に関わらず、前記筒内噴射弁の作動を確保できる。
【００１５】
この発明の一実施態様においては、前記噴射弁駆動手段は、吸気行程で噴射される燃料の噴射量と、圧縮行程で噴射される燃料の噴射量との総和が所定の要求噴射量と一致するように燃料噴射量を設定することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、エンジン始動時において、燃料の噴射量の精度を確保でき、エンジンの始動性を向上させることができる。
【００１７】
この発明の一実施態様においては、前記噴射弁駆動手段が、圧縮行程の作動室から吸気行程の作動室まで燃料噴射を継続する時の噴射量を前記所定の要求噴射量に設定するとともに、前記圧縮行程で噴射される燃料の噴射量の比率を、前記吸気行程で噴射される燃料の噴射量の比率よりも少なくなるように設定することを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、エンジン始動時において、エンジンの始動性を向上させることができるとともに、極力作動室の筒内圧が増加した時点での燃料噴射の開始が可能となるため、より高い筒内圧を利用した前記筒内噴射弁の開作動補助が可能になる。
【００１９】
この発明の一実施態様においては、前記筒内噴射弁は、気体燃料噴射用の噴射弁であることを特徴とする。
【００２０】
使用する燃料が気体水素等の気体燃料である場合、前記筒内噴射弁は、噴射される気体燃料の噴射量が多くなるように大型のものが使用される。このような大型の筒内噴射弁は、開弁に必要な駆動電流として大電流が求められる。
【００２１】
この構成によれば、気体燃料を噴射すべく構成された筒内噴射弁はより開弁しにくい傾向にあるものの、前記圧縮行程における高い筒内圧を利用して、前記筒内噴射弁の開作動を補助することができる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、エンジン始動時には、前記筒内噴射弁が吸気行程の作動室内に掛かる前の圧縮行程の作動室に臨んでいる状態から燃料噴射を開始することにより、前記圧縮行程における高い筒内圧を利用して、前記筒内噴射弁の開作動を補助することができるため、水分の氷結や、潤滑油の浸入等に関わらず、筒内噴射弁を開作動させることができる。
【００２３】
また、前記吸気行程の作動室に亘って燃料噴射を継続することにより、作動室のリーディング側とトレーリング側とに燃料を分散させることができるため、作動室内において燃料の分布が偏ることを防止でき、エンジン始動時の着火性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。  
図１は、本発明の実施形態に係るロータリエンジンのエンジン本体１を概略的に表す図である。エンジン本体１は、外形をなす構成として、トロコイド状の内周面を備えたロータハウジングＨ１と、ロータＲの平面方向に沿って広がるほぼ平面状のサイドハウジングＨ２とを有している。これらハウジングＨ１及びＨ２が組み合わせられ、その内部に形成された内部空間にロータＲが収納された状態で、ロータＲの周囲には、ロータハウジングＨ１の内周面とサイドハウジングＨ２とにより、３つの作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３が規定される。各作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は細長形状の空間となっており、偏心軸ＣのまわりにおけるロータＲの回転に伴い、拡大及び伸縮を繰り返す。そして、ロータＲが１回転する間に、各作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３にて吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程からなる一連の行程が完了される。
【００２５】
ロータハウジングＨ１には、作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３内に気体水素を直接噴射する気体水素噴射弁Ｉ１（以下、直噴式水素インジェクタＩ１という）と、作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３内に供給された燃料（気体水素又はガソリン）及びエアからなる混合気に点火するための点火プラグ８とが設けられている。他方、サイドハウジングＨ２には、吸気通路２に連通する吸気ポート２ａが形成されるとともに、排気通路３に連通する排気ポート３ａが形成されている。
【００２６】
さらに、本実施形態では、ロータハウジングＨ１に設けられる直噴式水素インジェクタＩ１に加えて、吸気通路２に取付けられ、吸気通路２内にガソリンを噴射するガソリン噴射弁Ｉ２（以下、ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２という）が設けられるとともに、その上流側には、同様に吸気通路２に取付けられ、吸気通路２内に気体水素を噴射する気体水素噴射弁Ｉ３（以下、ポート噴射式水素インジェクタＩ３という）が設けられている。そして、エンジン本体１における作動室内への燃料供給が必要とされる場合には、エンジン回転数、水素又はガソリンの燃料残量等の各種状態に応じて、若しくは、乗員の要求に応じて、直噴式水素インジェクタＩ１、ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２、ポート噴射式水素インジェクタＩ３の中から適正なものが選択される。
【００２７】
図２は、エンジン本体１及びそれに関連する構成を概念的に表す制御系統図である。直噴式水素インジェクタＩ１、ポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２及びポート噴射式水素インジェクタＩ３には、それぞれ、電磁弁Ｖ１、Ｖ２及びＶ３が設けられ、各インジェクタＩ１、Ｉ２、Ｉ３における燃料噴射は、各電磁弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の開閉動作に基づき制御される。なお、図２では、各インジェクタＩ１、Ｉ２、Ｉ３に対して、電磁弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が別個に設けられるように示されるが、実際には、直噴式水素インジェクタＩ１の断面構造を表す図３及び図４に示すように、電磁弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が各インジェクタＩ１、Ｉ２、Ｉ３内部に組み込まれている。
【００２８】
また、図２に示すように、本実施形態では、エンジン本体１の本体に対して、エンジン本体１の冷却水の水温を検出するための水温センサ１８と、エンジン回転数を検出するためのエンジン回転数センサ１９と、イグニションスイッチ（不図示）によって駆動されエンジン本体１をクランキングさせるスタータ２０とが設けられている。また、上記吸気通路２には、アクセルペダル（不図示）の踏込量に応じて開閉されてエアを絞るスロットル弁（不図示）が設けられている。また、吸気通路２には、吸気通路２内に流れる空気の温度を検出する吸気温センサ２３が設けられ、他方、排気通路３には、作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３内の空燃比を算出すべく酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ（所謂λセンサ）２４が設けられている。
【００２９】
さらに、図２に示すように、エンジン本体１をなすロータハウジングＨ１に設けられた直噴式水素インジェクタＩ１と、吸気通路２に取付けられたポート噴射式水素インジェクタＩ３とは、水素供給管９を介して、気体水素を貯留する水素貯留タンク１４に接続されている。また、一方、吸気通路２に取付けられたポート噴射式ガソリンインジェクタＩ２は、ガソリン供給管１３を介して、ガソリン貯留タンク（不図示）に接続されている。水素貯留タンク１４の排出口には、水素貯留タンク１４から水素供給管９への水素排出を制御すべく開閉制御される停止弁１５が設けられている。さらに、水素供給管９内には、直噴式水素インジェクタＩ１及びポート噴射式水素インジェクタＩ３の各インジェクタに対する水素供給を制御するための遮断弁１６が設けられている。また、さらに、水素供給管９内には、遮断弁１６と直噴式水素インジェクタＩ１との間に、水素貯留タンク１４内の水素残量を算出すべく水素供給管９内の残圧を検出するための圧力センサ１７が設けられている。
【００３０】
なお、特に図示しないが、エンジン本体１に関連する構成としては、吸気通路２内に設けられるエアクリーナ、吸入エア量を検出するエアフローセンサと、スロットル弁２２の開度を検出するスロットル開度センサ、エアの流れを安定化させるサージタンク等、及び、排気通路３内に設けられる排気ガス浄化触媒、排気温センサ等、並びに、水素供給管９又はガソリン供給管１３内に設けられ、各種インジェクタへ供給される燃料の流量を検出する燃料流量計等、上記以外の構成が設けられる。
【００３１】
さらに、図２に示すように、以上のようなエンジン本体１及びそれに関連する構成を制御するコントロールユニット１０が設けられている。このコントロールユニット１０は、コンピュータからなる、エンジン本体１の総合的な制御装置であって、水素エンジン駆動モード、ガソリンエンジン駆動モードのいずれかを乗員が選択する選択スイッチ（不図示）からの操作信号、エアフローセンサによって検出される吸入エア量、圧力センサ１７によって検出される水素供給管９内の残圧、水温センサ１８によって検出されるエンジン水温、スロットル開度センサやアイドルスイッチ（アクセルペダル全閉時にオンされるスイッチであるが、ここでは不図示）によって検出されるスロットル開度、エンジン回転数センサ１９によって検出されるエンジン回転数、排気温センサによって検出される排気温度、燃料流量計によって検出されるインジェクタへの燃料流量等の各種制御情報に基づいて、エンジン本体１の燃料噴射制御や点火時期調整制御などの各種制御を行うとともに、インジェクタＩ１、Ｉ２、Ｉ３の駆動制御処理を行うようになっている。なお、このコントロールユニット１０は、その内部に、マイクロコンピュータ（不図示）を有しており、各インジェクタＩ１、Ｉ２、Ｉ３の駆動制御を含む各種制御を行うに際して実行される補正、演算、判断等の処理は、そのマイクロコンピュータによってなされる。
【００３２】
また、コントロールユニット１０は、適宜の記憶手段（不図示）を有しており、該記憶手段には、氷結の可能性の有無を判断するための温度閾値データ、駆動電流を供給する際に出力する噴射指示信号のパルスパターン、つまり、パルスの供給タイミング及びそのパルス幅等の各種設定データ、及び必要なプログラムが記憶されている。
【００３３】
次に、コントロールユニット１０により駆動制御される直噴式水素インジェクタＩ１の構造について説明する。図３及び図４は、それぞれ、閉弁状態及び開弁状態にある直噴式水素インジェクタＩ１を示す縦断面図である。この水素インジェクタＩ１は、軸方向に沿って延びる気体通路４ａを備えたインジェクタ本体４と、該インジェクタ本体４の気体通路４ａ内に設けられ、同じく軸方向に沿って延びる気体通路５ａを備えたニードルバルブ５とを有している。
【００３４】
インジェクタ本体４は、その一端側（図３及び図４における上端側）で水素供給管９（図２参照）に連通する一方、その他端側（図３及び図４における下端側）で噴射孔４ｂを構成しつつエンジン本体１の作動室Ｅ１に対向している。また、気体通路４ａ内に設けられるニードルバルブ５の可動部５ｂは、その一端側（図３及び図４における上端側）で気体通路４ａの内周面に沿って摺動するように保持される一方、その他端側（図３及び図４における下端側）で、シール部５ｃを構成するとともに、該シール部５ｃの上流側に、気体通路５ａから分岐しニードルバルブ５の側面で開口するように形成された複数の分岐通路５ｄを備えている。ニードルバルブ５のシール部５ｃに対応して、インジェクタ本体４の気体通路４ａ内には、噴射孔４ｂの上流側に弁座面４ｃが形成されている。ニードルバルブ５のシール部５ｃが弁座面４ｃに着座することで、インジェクタ本体４の噴射孔４ｂからの水素噴射が妨げられ、直噴式水素インジェクタＩ１からエンジン本体１の作動室Ｅ１内への水素供給が停止される。
【００３５】
なお、本実施形態のように、使用する燃料が気体水素等の気体燃料である場合、直噴式水素インジェクタＩ１は、噴射される燃料の噴射量が多くなるように大型のものが使用される。このような大型の直噴式水素インジェクタＩ１のシール部５ｃは、閉弁時の噴射孔４ｂにおける気密性を向上させるためにラバー材質の部材により構成されている。
【００３６】
また、ニードルバルブ５には、磁性体（不図示）が取付けられる一方、インジェクタ本体４には、気体通路４ａの周囲に、ニードルバルブ５とともに電磁弁Ｖ１を構成するソレノイドコイル６が組み込まれている。
【００３７】
また、ニードルバルブ５のうち、気体通路５ａは、インジェクタ本体４に取付けられていることにより所定位置に固定された部材である一方、可動部５ｂは、気体通路４ａに沿って上下方向にシフト可能な部材である。
【００３８】
気体通路５ａと可動部５ｂとの間には、これらに挟まれるようにしてコイルスプリング７が設けられており、該コイルスプリング７は、その一端部が気体通路５ａの端部と当接していることにより、可動部５ｂを常に下方に押圧している。
【００３９】
かかる構成を備えることにより、直噴式水素インジェクタＩ１では、ソレノイドコイル６への駆動電流の供給に際して、図４に示すように、可動部５ｂがコイルスプリング７の弾性力に抗してインジェクタ本体４の気体通路４ａに沿って上方へシフトさせられる。可動部５ｂの移動範囲内においては、駆動電流が大きくなるにつれ、可動部５ｂの上方へのシフト量が大きくなる。ここで、上述したように、直噴式水素インジェクタＩ１が大型となる場合には、開弁に必要な駆動電流として大電流が求められる。
【００４０】
即ち、駆動電流がソレノイドコイル６に供給されていない状態では、コイルスプリング７の弾性力によって可動部５ｂが下方に押圧され、シール部５ｃが、インジェクタ本体４の気体通路４ａ内に形成された弁座面４ｃに着座することで、電磁弁Ｖ１が閉じ（図３参照）、他方、駆動電流がソレノイドコイル６に供給されている状態では、コイルスプリング７の弾性力に抗してシール部５ｃが弁座面４ｃから離間することで、電磁弁Ｖ１が開く（図４参照）。電磁弁Ｖ１が開いた状態では、図４中の破線の矢印で示すように、気体水素が、インジェクタ本体４の気体通路４ａ、ニードルバルブ５の気体通路５ａ、ニードルバルブ５の分岐通路５ｄ、インジェクタ本体４の気体通路４ａ、インジェクタ本体４の噴射孔４ｂの順に流れ、インジェクタ本体４の噴射孔４ｂから噴射されることとなる。
【００４１】
かかる構成を備えた直噴式水素インジェクタＩ１における気体水素の噴射タイミング及び噴射量は、マイクロコンピュータを含むコントロールユニット１０によって制御される。より詳しくは、コントロールユニット１０は、前記記憶手段に記憶されたプログラムに従って、エアフローメータ、スロットルセンサ、圧力センサ１７、水温センサ１８及びエンジン回転数センサ１９等の各種センサから検出される信号に基づき、直噴式水素インジェクタＩ１へ出力するパルスのタイミング及びそのパルス幅、つまり、電磁弁Ｖ１の開作動タイミング及び開弁時間を算出するようにして、気体水素の噴射タイミング及び噴射量を、前記記憶手段に記憶されたプログラムに従って制御する。
【００４２】
なお、ここでは、ロータハウジングＨ１に設けられた直噴式水素インジェクタＩ１を取り上げて説明したが、本実施形態では、吸気通路２に取付けられるポート噴射式水素インジェクタＩ３においても、同じ構成を有するものが用いられている。
【００４３】
エンジン本体１においては、上述した構造を備えた水素インジェクタ（直噴式水素インジェクタＩ１及びポート噴射式水素インジェクタＩ３）がエンジン回転数センサ１９により検出されるエンジン回転数に応じて使い分けられ、また、その噴射タイミングが変更される。ここで、前記水素インジェクタを使い分ける制御について具体的に説明する。図５は、各エンジン回転数に応じて採用される水素インジェクタ及びその噴射タイミングを表す説明図である。まず、低回転領域（８００〜２５００ｒｐｍ程度）では、直噴式水素インジェクタＩ１が採用され、圧縮行程での噴射が実行される。ここでは、吸気行程中に体積が大きい気体水素を供給すると、水素のボリュームでエアが吸気ポート２ａを介して作動室に十分に入らないという問題に対処して、吸気行程が済んだ後の圧縮行程時に気体水素が供給され、燃料の充填効率の低下が抑制される。
【００４４】
また、中回転領域（２５００〜５０００ｒｐｍ程度）では、直噴式水素インジェクタＩ１が採用され、吸気行程での噴射が実行される。ここでは、気体水素とエアとが分離したまま点火が行われると、異常燃焼が生じるという問題に対処して、吸気行程の早い段階で直噴式水素インジェクタＩ１から気体水素が噴射され、ミキシング時間が確保されることで、気体水素とエアとのミキシング性が向上させられる。
【００４５】
最後に、高回転領域（５０００〜７０００ｒｐｍ程度）では、直噴式水素インジェクタＩ１及びポート噴射式水素インジェクタＩ３が併用される。ここでは、気体水素とエアとのミキシング性を向上させるべく、ポート噴射式水素インジェクタＩ３が用いられ、予混合噴射が実行されると同時に、トルク低下を抑制すべく、直噴式水素インジェクタＩ１が用いられ、圧縮行程での噴射が実行される。一例として、水素供給量の割合は、ポート噴射式水素インジェクタＩ３からの供給量が８０％であり、直噴式水素インジェクタＩ１からの供給量が２０％である。
【００４６】
ところで、従来の直噴式燃料インジェクタを備えたロータリエンジンでは、気体燃料の燃焼に伴い生じる水分等が直噴式水素インジェクタＩ１に付着して、外気温の低下や、燃料噴射に伴う気体燃料の断熱膨張による急冷によって氷結したりすることで、その作動を妨げる可能性があった。また、ロータを円滑に回転させるための潤滑油が直噴式水素インジェクタＩ１へ浸入することにより、上述した水分の氷結の場合と同様、噴射弁の作動を妨げるおそれがあった。
【００４７】
また、図１に示すようなロータリエンジンは、作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３が細長形状の空間となっているため、エンジン始動時に直噴式水素インジェクタＩ１から気体水素が噴射されたとしても、作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の端部まで燃料を分散させることができず、作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３全体を十分に燃焼させることができない場合があり、着火性に問題を有していた。
【００４８】
そこで、本実施形態では、エンジン始動時において直噴式水素インジェクタＩ１が、吸気行程の作動室内に掛かる前の、圧縮行程の作動室に臨んでいる状態から気体水素の噴射を開始することにより、圧縮行程における高い筒内圧を利用して直噴式水素インジェクタＩ１の可動部５ｂの開方向へのシフトを補助できるようにした。
【００４９】
また、本実施形態では、直噴式水素インジェクタＩ１が、圧縮行程の作動室から吸気行程の作動室まで気体水素の噴射を継続することで、各作動室のリーディング側とトレーリング側とに燃料を分散させることができるようにした。
【００５０】
ここで、直噴式水素インジェクタＩ１に対して、エンジン始動時に供給される噴射指示信号のパルスの供給時期と、各作動室Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３に噴射される気体水素の噴射量との関係を説明する。図６は、エンジン始動時に供給される噴射指示信号のパルスの供給時期、各作動室に噴射される気体水素の噴射量、及び各作動室に気体水素が噴射された状態を模式的に表す説明図である。尚、図６のエンジン本体１を示す図におけるハッチング（Ａ）〜（Ｃ）は、後述するパルス区分（Ａ）〜（Ｃ）に対応して噴射された気体水素の分布を模式的に表している。
【００５１】
直噴式水素インジェクタＩ１に対しては、噴射指示信号として、図６に示すような所定のパルス幅Ｗ０を有するパルスＰ０が、ロータＲの回転に同期する所定の周期Ｔ０で電磁弁Ｖ１のソレノイドコイル６に供給される。ここで、パルスＰ０においては、そのパルス幅Ｗ０が、１つの作動室内に噴射されるべき所定の要求噴射量と一致するように設定されている。
【００５２】
図６において、それぞれＥ１ｎ、Ｅ２ｎ、Ｅ３ｎは、エンジン始動開始からｎ番目（ｎは自然数）に吸気行程、圧縮行程、膨張・排気行程が実行される作動室を表している。前記噴射指示信号のパルスＰ０の供給により、直噴式水素インジェクタＩ１は圧縮行程の作動室Ｅ２ｎに臨んでいる状態から気体水素の供給を開始し、図示のように先ず作動室Ｅ２ｎのトレーリング側に気体水素を噴射する。
【００５３】
ここで、パルスＰ０がソレノイドコイル６に供給されている途中で吸気行程の作動室Ｅ１ｎに臨んだ状態となり、作動室Ｅ２ｎから作動室Ｅ１ｎに亘って気体水素の噴射を継続する。結果的に、パルスＰ０のうち、パルス幅Ｗ１のパルス区分（Ａ）に対応する噴射量の気体水素が作動室Ｅ２ｎに噴射され、残りのパルス幅Ｗ２のパルス区分（Ｂ）に対応する噴射量の気体水素が作動室Ｅ１ｎのリーディング側に噴射される。
【００５４】
作動室Ｅ１ｎは、ロータＲの回転によってｎ＋１番目に圧縮行程が実行される作動室（これを作動室Ｅ２ｎ＋１と表す）となる。この時、直噴式水素インジェクタＩ１は、コントロールユニット１０から供給される次のパルスＰ０によって、前記パルス区分（Ａ）と同等の、パルス幅Ｗ１のパルス区分（Ｃ）に対応する噴射量の気体水素を作動室Ｅ２ｎ＋１のトレーリング側に噴射する。
【００５５】
このように、作動室Ｅ２ｎ＋１においては、パルス区分（Ｂ）、（Ｃ）といった２つのパルス区分に跨って噴射指示信号が供給されることにより、リーディング側とトレーリング側とに気体水素が分散されている。これにより、作動室Ｅ２ｎ＋１内において気体水素の分布が偏ることを防止できるため、点火プラグ８（図１参照）により着火された時、作動室Ｅ２ｎ＋１内全体を十分に燃料させることができ、着火性を向上させることができる。
【００５６】
また、パルスＰ０において、パルス区分（Ｃ）、（Ａ）が占めるパルス幅はともにＷ１とされ、圧縮行程の作動室Ｅ２ｎ、Ｅ２ｎ＋１のトレーリング側に噴射される気体水素の噴射量が同量とされている。コントロールユニット１０では、圧縮行程の作動室Ｅ２ｎ、Ｅ２ｎ＋１…で噴射される燃料の噴射量（Ｗ１）の比率が、前記吸気行程の作動室Ｅ１ｎ、Ｅ１ｎ＋１…で噴射される燃料の噴射量（Ｗ２）の比率よりも少なくなるように設定されており、パルスＰ０を供給する毎に、気体水素は常にこの設定された所定比率で作動室Ｅ２ｎ、Ｅ２ｎ＋１…とＥ１ｎ、Ｅ１ｎ＋１…とに分散して噴射されるようになっている。
【００５７】
これにより、吸気行程におけるパルス区分（Ｂ）、圧縮行程におけるパルス区分（Ｃ）に対応して噴射される気体水素の噴射量の総和（Ｗ２＋Ｗ１）が、パルスＰ０の供給により噴射される１回分の気体水素の要求噴射量（Ｗ０）と一致することになる。
【００５８】
また、ロータＲの回転により、Ｅ１ｎの場合と同様、直噴式水素インジェクタＩ１は、吸気行程の作動室Ｅ１ｎ＋１（Ｅ３ｎ）に対しても継続してパルス区分（Ｂ）に対応する噴射量と同量の気体水素を噴射し、ｎ＋２番目に圧縮行程が実行される作動室Ｅ２ｎ＋２（Ｅ１ｎ＋１）においても、次のパルスＰ０によって前記パルス区分（Ａ）、（Ｃ）と同量の気体水素を噴射する。従って、作動室Ｅ２ｎ＋２において噴射される気体水素の噴射量の総和も前記要求噴射量に一致することになる。
【００５９】
このような噴射指示信号のパルスパターン、つまり気体水素の噴射パターンを所定の周期Ｔ０で繰り返すことにより、後に圧縮行程が実行される作動室Ｅ２ｎ＋３、Ｅ２ｎ＋４、…における気体水素の噴射量をいずれも所定の要求噴射量と一致させることができる。これにより、エンジン始動時において、作動室間で気体水素の噴射量に偏りが生じることが防止されるため、気体水素の噴射量の精度を確保でき、エンジンの始動性を向上させることができる。
【００６０】
ところで、前記特許文献１に開示されるように、噴射弁に対する駆動電流の通電時間を長くした場合には、結果的に燃料の噴射量が増え、始動時の空燃比がオーバーリッチとなることから、エンジン作動に弊害が生じるおそれがある。これに対し、作動室に噴射する気体水素の噴射量を本実施形態のように所定の要求噴射量とすることにより、空燃比をオーバーリッチとすることなく安定したエンジンの始動性を確保することができる。
【００６１】
次に、図６に示すような気体水素の噴射パターンにおける、作動室Ｅ１ｎ、Ｅ２ｎの筒内圧、及び直噴式水素インジェクタＩ１に作用する圧力の変化について、図７を用いて説明する。圧縮行程の作動室Ｅ２ｎでは、ロータＲの回転により吸気ポート２ａ（図１参照）が閉じられた後、作動室Ｅ２ｎ内が圧縮され、図中一点鎖線で示すように圧縮上死点に至るまでその筒内圧が増加する。この筒内圧の増加によって、図中太い実線で示すように、直噴式水素インジェクタＩ１に作用する圧力が増加し、図３に示す直噴式水素インジェクタＩ１の可動部５ｂは上方へシフトする方向に押圧されることになる。
【００６２】
コントロールユニット１０は、作動室Ｅ２ｎの筒内圧が増加しているタイミングで噴射指示信号を供給し、直噴式水素インジェクタＩ１を開作動させる。このように、圧縮行程の作動室Ｅ２ｎに臨んでいる状態から気体水素の噴射を開始することで、前記圧縮行程における高い筒内圧を利用して、可動部５ｂの上方へのシフトを補助できるため、水分の氷結に関わらず、ソレノイドコイル６による電磁力と併せて直噴式水素インジェクタＩ１を強制的に開作動させることができる。
【００６３】
なお、ロータＲのアペックスシール１２（図１参照）が直噴式水素インジェクタＩ１を通過し、直噴式水素インジェクタＩ１が作動室Ｅ２ｎに臨んでいる状態から、作動室Ｅ１ｎに臨む状態へ移行すると、作動室Ｅ１ｎは吸気行程にある作動室であるため、図示のように、直噴式水素インジェクタＩ１に作用する圧力は急激に下降し、図中破線で示す作動室Ｅ１ｎの筒内圧と同等の値となる。
【００６４】
ここで、パルス区分（Ａ）に対応するパルス幅Ｗ１が長すぎれば、パルスＰ０が供給される時期が早すぎて、作動室Ｅ２ｎ内の筒内圧が十分に増加していないために直噴式水素インジェクタＩ１の開作動を補助するには不十分な状態となる。
【００６５】
そこで、上述したように、パルスＰ０におけるパルス幅Ｗ１の比率が、パルス幅Ｗ２の比率よりも少なくなるように予めコントロールユニット１０で設定されていることにより、極力作動室Ｅ２ｎの筒内圧が増加した時点での気体水素の噴射開始が可能となるため、より高い筒内圧を利用した直噴式水素インジェクタＩ１の開作動補助が可能になる。
【００６６】
ところで、上述したように、直噴式水素インジェクタＩ１が圧縮行程の作動室Ｅ２ｎに臨んでいる状態から気体水素の噴射を開始させる効果は、本実施形態のように、燃料として気体燃料が使用される場合において顕著となる。即ち、上述したような理由により、開弁に必要な駆動電流として大電流が必要となる上、シール部５ｃにラバー材質の部材が使用されるため、シール部５ｃに水分が付着、氷結し易いことから、可動部５ｂがより開弁しにくい傾向にあるものの、本実施形態のように、作動室Ｅ２ｎの高い筒内圧を利用することで、直噴式水素インジェクタＩ１の開作動を補助することができる。
【００６７】
以下、コントロールユニット１０により実行される直噴式水素インジェクタＩ１の駆動制御について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６８】
先ず、図２に示すような、エンジン本体１に関連する構成により検出された各種信号が読込まれ（ステップｓ１）、それらの信号に基づき、コントロールユニット１０は、エンジン本体１の始動時であるか否か、即ちイグニションスイッチがオフ状態からオンされたか否かを判断する（ステップｓ２）。
【００６９】
ここで、コントロールユニット１０は、エンジン本体１の始動時であると判断すると（ステップｓ２：ＹＥＳ）、ステップｓ１において水温センサ１８により検出された信号に基づいて、直噴式水素インジェクタＩ１の氷結の可能性を判断する（ステップｓ３）。直噴式水素インジェクタＩ１の温度は、エンジン本体１の冷却水の水温に略関連して変動すると考えることができ、コントロールユニット１０は、水温センサ１８により検出された信号に基づいて、直噴式水素インジェクタＩ１の温度を間接的に判定できる。ここで、例えば、温度閾値を０℃とし、コントロールユニット１０が前記冷却水の水温を０℃未満であると判断すると（ステップｓ３：ＹＥＳ）、冷間時であるために直噴式水素インジェクタＩ１にて氷結の可能性があると判断する。
【００７０】
コントロールユニット１０は、ステップｓ３で直噴式水素インジェクタＩ１に氷結の可能性があると判断すると、図６に示すように、作動室Ｅ１ｎに臨んでいる状態から気体水素の噴射を開始する冷間始動用噴射時期に対応するタイミングで直噴式水素インジェクタＩ１に噴射指示信号を供給し（ステップｓ４）、処理をリターンする。これにより、冷間時の水分の氷結に関わらず、直噴式水素インジェクタＩ１の作動を確保できる。
【００７１】
また、一方、コントロールユニット１０は、前記水温が０℃未満でない、即ち０℃以上であると判断すると（ステップｓ３：ＮＯ）、直噴式水素インジェクタＩ１において氷結の可能性はないとして冷間始動時の場合よりも早い、図７にて二点鎖線で示す通常始動用噴射時期に対応するタイミングで噴射指示信号を供給し（ステップｓ５）、処理をリターンする。
【００７２】
これにより、気体水素は、作動室Ｅ１ｎ内に及ぶことなく作動室Ｅ２ｎ内のみに噴射される。これは、冷間時でない温間時においては着火性に問題が生じる可能性が低いからであり、上述したように、２つの作動室に亘って継続して燃料を供給することを必ずしも必要としないからである。
【００７３】
ところで、コントロールユニット１０は、ステップｓ２でエンジン本体１の始動時でないと判断した場合（ステップｓ２：ＮＯ）、エンジン回転数センサ１９の検出結果に基づき、先に図５を参照して説明したエンジン回転数に応じて直噴式水素インジェクタＩ１及びポート噴射式水素インジェクタＩ３の駆動を切替制御し（ステップｓ６）、処理をリターンする。
【００７４】
なお、直噴式水素インジェクタＩ１の開作動を妨げる主要因が潤滑油であったとしても、冷間始動用噴射時期に相当する時期に気体水素の噴射を開始することにより、直噴式水素インジェクタＩ１を強制的に開作動させることができる。そこで、本実施形態においては、コントロールユニット１０が、ステップｓ３にて氷結の可能性を判断しているが、直噴式水素インジェクタＩ１の開作動を妨げる主要因が潤滑油であれば、氷結の可能性を判断するステップｓ３を省略し、冷間始動用噴射時期に対応する噴射指示信号を供給するステップを実行させてもよい。
【００７５】
なお、エンジン始動時において、ロータＲの回転数が徐々に上昇することに伴い、前記噴射指示信号を供給する周期を短くすることで、前記噴射時期を早めるようにしてもよい。これにより、ロータＲの回転数に関わらず、各作動室に噴射する気体水素の噴射量をより正確に前記要求噴射量に一致させることができる。例えば、コントロールユニット１０に、エンジン始動開始時からの経過時間と噴射指示信号を供給する時期との関係を予め前記記憶手段にてマップの形で記憶させ、このマップに従って噴射指示信号を供給するようにしてもよい。或いは、ロータＲの回転角度を検出する検出手段を設け、該検出手段の検出信号に基づいて、ユニットコントローラ１０で噴射指示信号の供給開始時期を逐一判断させるようにしてもよい。
【００７６】
また、上述の各実施形態においては、気体水素を利用するエンジンについて述べているが、エンジン本体の作動室内に直接燃料を噴射する方式であれば、圧縮天然ガス、液化石油ガス等の気体燃料を利用したエンジンであってもよく、この他エンジン本体の作動室内に直接ガソリンを噴射する方式あってもよい。
【００７７】
この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の筒内噴射弁は、気体水素噴射弁Ｉ１に対応し、
以下同様に、
噴射弁駆動手段は、ソレノイドコイル６、及びステップｓ４を実行するコントロールユニット１０に対応し、
温度検出手段は、水温センサ１８に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施形態に係るロータリエンジン本体を概略的に表す図。
【図２】本発明の実施形態に係るエンジン本体及びそれに関連する構成を概念的に表す制御系統図。
【図３】閉状態にある直噴式水素インジェクタを示す縦断面図。
【図４】開状態にある直噴式水素インジェクタを示す縦断面図。
【図５】各エンジン回転数に応じて採用される水素インジェクタ及びその噴射タイミングを表す説明図。
【図６】エンジン始動時に供給される噴射指示信号のパルスの供給時期、各作動室に噴射される気体水素の噴射量、及び各作動室に気体水素が噴射された状態を模式的に表す説明図。
【図７】図６に示す気体水素の噴射パターンにおける、各作動室の筒内圧、及び直噴式水素インジェクタに作用する圧力の変化を表す図。
【図８】コントロールユニットにより実行される直噴式水素インジェクタの駆動制御処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７９】
１…エンジン本体
６…ソレノイドコイル
１０…コントロールユニット
１８…水温センサ
Ｉ１…気体水素噴射弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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